Kreacja par

Z Wikipedii

Schemat anihilacji i kreacji pary elektron pozyton

Kreacja par - proces powstania pary cząstka-antycząstka z energii fotonu (neutralnego bozonu), jest procesem odwrotnym do anihilacji.

Wyróżnia się dwie odmiany kreacji par rzeczywistą i wirtualną.

[edytuj] Rzeczywista

Kreacja pary cząstka-antycząstka jest trwała, ponieważ spełniona jest zasada zachowania energii (oraz inne) - tak dzieje się na przykład w akceleratorach. Przykładem jest powstanie pary mion-antymion w wyniku zderzenia elektron-pozyton:

$e^{-} + e^{+} \rightarrow \gamma \rightarrow \mu ^{+} + \mu^{-}$

Pojawiający się w tej reakcji foton nie jest rzeczywistą cząstką - jest wirtualny ponieważ przenosi pęd nie spełniający zasady zachowania pędu co jest jednak zgodne z elektrodynamiką kwantową. Kreacja par może występować nie tylko z fotonów, ale również z bozonów Z⁰ jednak jest to proces występujący znacznie rzadziej. Gluony mogą również kreować pary, w tym jednak wypadku możliwa jest tylko kreacja par kwark-antykwark, z uwagi na niezerowy ładunek kolorowy niesiony przez gluony.

Możliwa jest też kreacja rzeczywistych par cząstek naładowanych przez rzeczywiste fotony, pod dwoma warunkami

energia fotonu musi być wyższa, niż suma mas kreowanych cząstek,
w procesie uczestniczy dodatkowy obiekt, który przejmie nadmiar pędu, tak by spełnione były zasady zachowania pędu i energii.

W praktyce kreacja par przez rzeczywiste fotony zachodzi zwykle w silnym zewnętrznym polu elektrycznym, najczęściej w polu jądra atomowego. Jądro (ogólniej źródło pola zewnętrznego) jest wówczas obiektem przejmującym nadmiar pędu. Przekrój czynny na taki proces rośnie szybko z ładunkiem elektrycznym jądra, czyli najłatwiej zachodzi on w ośrodku materialnym zawierającym duże ilości pierwiastków ciężkich.

Prawdopodobieństwo zajścia procesu kreacji pary jest proporcjonalne to odwrotności kwadratu masy kreowanych cząstek. Oznacza to, że nawet jeżeli energia początkowa fotonu wystarcza na produkcję cząstek cięższych, zdecydowanie najczęściej produkowane są pary najlżejszych cząstek naładowanych, czyli pary elektron-pozyton. Zjawisko kreacji pary elektron-pozyton przez rzeczywisty foton w ośrodku materialnym bywa nazywane konwersją fotonu.

[edytuj] Wirtualna

Zasada nieoznaczoności pozwala na krótkotrwałe pojawienie się energii która może wystąpić w postaci pary cząstka -antycząstka. Taka wirtualna para cząstek żyje przez czas krótszy niż wynikający z zasady nieoznaczoności:

$\Delta t \Delta E \leq h$

gdzie:

Δt - czas na jaki pojawia się energia
ΔE - ilość pojawiającej się energii
h - stała Plancka

Z powyższego wzoru wynika, że im masywniejsze są wirtualne cząstki, tym krócej żyją. Istnienie wirtualnych cząstek wyjaśnia niektóre zjawiska kwantowe.

[edytuj] Dowody doświadczalne

Nie istnieje możliwość bezpośredniej obserwacji powstających par, jednak istnieją pośrednie dowody zachodzenia zjawiska:

efekt Casimira - przyciąganie dwóch stalowych płyt w próżni związane z rezonansem par
czynnik Landego dla elektronu nie jest idealnie równy 2 z powodu oddziaływań z "morzem par".
promieniowanie Hawkinga jest prawdopodobnie spowodowane kreacją par na horyzoncie zdarzeń czarnej dziury.